粒子分離的案例
氣動仿真助推渦軸發動機型號研制全面加速
典型的包括粒子分離器沙石分離、發動機進氣結冰、吞水以及滑油潤滑系統內部的空氣/滑油等多相流。動研所的研究經驗表明：高保真或高精度的多相流仿真工作在加速設計方案迭代、改進和優化結構、確保試驗驗證的成功等方面作用巨大。
粒子分離器氣/固兩相流仿真
粒子分離器的主要功能是避免沙石被渦軸發動機吸入，以減少對發動機葉片的撞擊、磨蝕和對渦輪冷卻通道的堵塞，避免發動機性能的衰減和故障的發生，在渦軸發動機上被廣泛應用。目前針對粒子分離器的穩態三維流動問題，動研所通過采用基于拉格朗日粒子追蹤原理的仿真方法，開展了大量的氣固兩相耦合仿真，模擬了粒子分離器內的分叉流動現象（如圖6所示），并結合試驗進行了沙石模型的修正，提高了仿真精度，其分離效率的仿真預測精度已在5%以內，基本滿足了工程需要。在此基礎上，動研所已實現了粗沙分離效率不低于90%、細沙分離效率不低于80%、總壓損失小于2.5%的粒子分離器的研發與驗證，為渦軸發動機的安全運轉提供了切實保障。
圖6 粒子分離器內部沙粒運動軌跡仿真
防/結冰設計的氣/液及液固相變仿真
結冰作為航空器上的常見現象，給飛行器的安全帶來了極大隱患。目前，防/結冰設計分析涉及兩相流、相變、傳熱傳質過程，技術難度大；冰風洞試驗成本高、周期長，給防冰系統設計及驗證造成了較大困難。動研所基于FLUENT軟件二次開發的防冰/結冰仿真分析軟件，能夠對過冷水滴撞擊特性、防冰熱平衡以及靜止部件的結冰冰形進行較為準確的模擬，如圖7所示，極大地提升了航空發動機防冰系統的設計能力。
展開 某汽油機油氣分離器模擬分析及試驗驗證
瞬態計算結果
1.油氣分離計算方法
在三維軟件中，首先對油氣分離器模型采用歐拉方法分析油氣分離器內部的流場穩態流動情況，然后在計算的穩態流場中引入不同直徑的油滴，采用拉格朗日方法即油滴軌跡追蹤方法對油滴粒子計算分析。計算中流場驅動油滴運動，假設油滴與油氣分離器的壁面碰撞后，油滴即被壁面捕捉。軟件計算可以得到油滴總量、被分離的油滴量和逃逸的油滴量，并能自動計算出某尺寸油滴的油滴分離效率。油氣分離器的油滴分離效率定義為被分離的油滴量占油滴總量的質量百分比。
2.油滴引入過程
瞬態計算的邊界設置如下：計算時間設置為5?s，步長為0.01?s;引入粒子數量設置為10?000個/s;噴射時間從0?s開始，噴射時間段為0～0.5?s。
油滴直徑的分布范圍參照乘用車油滴直徑分布規律及相關文獻。油滴粒子直徑分布范圍為0.5～20?mm，并且每個尺寸的油滴粒子所占百分比不同。本文選取了五種具有典型代表的顆粒尺寸進行模擬，它們分別是1?mm、2?mm、5?mm、10?mm及20?mm。
3. 油滴分離效率
以油氣分離器模型穩態計算結果為基礎，分別計算將5種尺寸的油滴粒子引入到油氣分離器內部的工況，得到5種尺寸油滴粒子的分離效率，如表所示。
從表中可以看出，1?mm尺寸的油滴粒子分離效率為83.3%，5?mm尺寸的油滴粒子分離效率為86.9%，隨著油滴直徑的增加，油滴粒子的分離效率逐漸增加。20?mm尺寸的油滴粒子分離效率達到88.9%。這是由于油滴粒子直徑越小，其重量越小，隨氣流運動速度越大，不容易被壁面捕捉。直徑大的油滴粒子重量大，受到重力作用以及運動慣性作用，其更容易碰壁并且被捕捉，通過呼吸系統的回油孔進入到油底殼。
圖5所示為1?mm油滴粒子在油氣分離器內部的分布狀態，藍色粒子代表被油氣分離器壁面捕捉的油滴粒子。
展開 復旦大學聶志鴻教授等：熵驅動的二元納米粒子兩親性雜化囊泡的分離和出芽
復旦大學聶志鴻教授及合作者利用具有不同尺寸組合的兩親性嵌段共聚物接枝金納米粒子（AuNPs）研究了二元兩親性納米粒子（NPAMs）在溶液中的囊泡自組裝中的宏觀膠體分離。隨著相對尺寸及濃度的的變化，二元NPAMs可以自組裝為具有不同結構形貌，如均勻結構（HVs）、斑塊結構（PVs）和單一或多卵黃/殼結構（s-YSVs或m-YSVs）的雜化囊泡。NPAMs發生偏析時可能被包圍在囊泡的膜內或出現在膜外，而偏析的動力來源于內接枝共聚物配體的構象熵的增加。此外，本工作提出了具有卵黃結構的均一囊泡的形成機理，即囊泡融合/出芽機理。
通過將不同尺寸、形狀及組成的無機納米粒子（NPs）與有機組裝體混合，可以獲得功能性復合納米結構，這些結構賦予了其在功能性材料開發方面的潛在價值。而在無機NPs上進行聚合物接枝可以形成兩親性納米粒子（NPAMs），類似于兩親性分子，可以自組裝成豐富的雜化納米結構，是一類具有吸引力的下一代功能性納米復合物的構建單元。但由于NPAMs的尺寸大得多且具有較復雜的形狀，其自組裝行為在熱力學和動力學上都與兩親性分子有所不同。人們對NPAMs的自組裝行為的理解還不充分，尤其是對NPAM混合物在溶液中的宏觀相分離尚未有研究。
本文亮點
1. 彌補了在NPAMs自組裝行為方面的研究的空缺。
2. 提出卵黃/殼結構的囊泡的形成是涉及NPAMs的重新組織的多步驟過程。其中，其囊泡膜的融合和出芽至關重要。
3.
展開 法國大合集團推出新型TBM 940飛機
當系統檢測到飛機結冰或積冰，而飛行員沒有采取行動時，該系統會自動啟動以對機身、風擋玻璃、螺旋槳及發動機的粒子分離器進行除冰。航空電子設備會顯示一條琥珀色CAS(乘員警報系統)消息，提示飛行員清除自動激活并恢復手動控制模式。
自動除冰保護和自動油門完全符合大合集團的“e-copilot（智能副駕駛）”戰略，該戰略致力于提高TBM產品線運營安全性。
TBM 940的駕駛艙，大合集團采用了符合人體工程學和風格的升級，包括重新設計座椅，客艙側壁的額外隔熱材料，帶側面存儲的新中央貨架，右后座椅面板上的額外115V電源插座以及USB端口（將乘客的USB端口總數增加到6個，飛行員的增加到3個）。
TBM 940保留了和大合集團已成功的TBM 900系列相同的航程和飛行品質，到目前為止，該產品系列已交付超過267架飛機（大合集團全系列渦輪螺旋槳飛機已經交付900多架）。TBM 940預計將于2019年歐洲最大的通用航空展——弗里德里希沙芬航空展(Aero Friedrichshafen)上獲得歐洲航空安全局(EASA)和美國聯邦航空管理局(FAA)的認證，極有可能于今年春末實現首次交付。
展開 
干貨丨圖文動畫解析航空發動機的類型及原理
進口唇邊呈流線形，適合亞音速流線要求，避免氣流分離，保證壓氣機的穩定工作。此外，由于直升機飛得離地面較近，一般必需去除進氣中雜質，通常都有粒子分離器。粒子分離器可以與進氣道設計成一體。分離器設計為一定螺旋形狀，利用慣性力場，使進氣中的砂粒因為質量較大，在彎道處獲得較大的慣性力，被甩出主氣流之外，通過分流排出進氣道之外。
盡管渦輪軸發動機排氣能量不高，但對于敵方紅外探測裝置來說仍然是相當客觀的目標。發動機排氣是直升機主要熱輻射源之一。作戰直升機必須減小自身熱輻射強度，要采用紅外抑制技術。一方面，要設法降低發動機外露熱部件的表面溫度，更重要的是，要將外界冷空氣引入并混合到高溫徘氣熱流中，從而降低溫度，沖淡二氧化氯的濃度，降低紅外特征。先進的紅外抑制技術通常將排氣裝置、冷卻空氣道以及發動機的安裝位置作為完整、有效的系統進行設計制造。
我們知道，壓氣機包括分為軸流式和離心式兩種。軸流式壓氣機，面積小、流量大；離心式結構簡單、工作較穩定。渦輪軸發動機從純軸流式開始，發展了單級離心、雙級離心到軸流與離心混裝一起的組合式壓氣機，歷經多次變革。目前渦輪軸發動機一般采用若干級軸流加一級離心構成組合壓氣機，兼有兩者的優點。國產渦軸-6、渦軸-8發動機為1級軸流加1級離心構成的組合壓氣機；“黑鷹”直升機上的T700發動機采用5級軸流加1級離心壓氣機。壓氣機部件主要包括進氣導流器、壓氣機轉子、壓氣機靜子及防喘裝置等。壓氣機轉子是一個高速旋轉的組合件，軸流式轉子葉片呈葉柵排列安裝在工作葉輪周圍，離心式轉子 葉片則呈輻射形狀鑄在葉輪外部。壓氣機靜子由壓氣機殼體和靜止葉片組成。轉子旋轉時，通過轉子葉片迫使空氣向后流動，不僅加速了空氣，而且使空氣受到壓縮，轉子葉片后面的空氣壓強大于前面的壓強。氣流離開轉子葉片后，進入起擴壓作用的靜子葉片。
展開 《Chem. Mater.》透明木材納米復合材料的便捷加工，具有結構顏色的等離子納米顆粒
但是，木材中的分層結構和相互連接的纖維阻礙了納米粒子向木材中的滲透。最近，
瑞典皇家理工學院
Lars A. Berglund
教授
團隊用金和銀鹽對脫木素的木材浸漬，這是通過微波輔助合成原位還原為等離激元納米顆粒。
透明生物復合材料由具有結構顏色的承重材料形式的含納米顆粒的木材制成。
著色源自納米粒子表面等離激元，其需要低尺寸的分散性和粒子分離。脫木素的木材充當綠色還原劑和納米顆粒所附著的增強支架，從而預先設計了它們在纖維“管”表面上的分布。
使用掃描透射電子顯微鏡（
STEM），能量色散光譜（EDS）和拉曼顯微鏡對納米級結構進行研究，以確定粒徑，粒徑分布以及結構與性質之間的關系。光學特性，包括對偏振光的響應，是特別令人關注的。
相關論文以題為
Facile Processing of Transparent Wood Nanocomposites with Structural Color from Plasmonic Nanoparticles
發表在《
C
hemistry of Materials
》上。
【主圖導讀】
圖
1.
（a）結構化的TW處理的示意圖：脫木質的木材中浸入了金屬鹽（銀或金），這些金屬鹽通過微波輔助合成原位還原成等離子體納米顆粒。然后將含納米顆粒的基材浸入單體中，并固化成具有結構顏色的TW復合材料。（b）輕木，脫木素的基材，銀的基材，金的基材，（c）Ag-TW和（d）Au-TW的照片。
圖
2. Ag-TW和Au-TW的光學特性：
（a）總透射率和（b）偏振分裂比。（c）Ag-TW和Au-TW的照片，下面有可見的文字。（d）垂直和平行取向的偏振透射率測量的樣品設置。
圖
3.
展開 《Chem. Mater.》透明木材納米復合材料的便捷加工，具有結構顏色的等離子納米顆粒
但是，木材中的分層結構和相互連接的纖維阻礙了納米粒子向木材中的滲透。最近，
瑞典皇家理工學院
Lars A. Berglund
教授
團隊用金和銀鹽對脫木素的木材浸漬，這是通過微波輔助合成原位還原為等離激元納米顆粒。
透明生物復合材料由具有結構顏色的承重材料形式的含納米顆粒的木材制成。
著色源自納米粒子表面等離激元，其需要低尺寸的分散性和粒子分離。脫木素的木材充當綠色還原劑和納米顆粒所附著的增強支架，從而預先設計了它們在纖維“管”表面上的分布。
使用掃描透射電子顯微鏡（
STEM），能量色散光譜（EDS）和拉曼顯微鏡對納米級結構進行研究，以確定粒徑，粒徑分布以及結構與性質之間的關系。光學特性，包括對偏振光的響應，是特別令人關注的。
相關論文以題為
Facile Processing of Transparent Wood Nanocomposites with Structural Color from Plasmonic Nanoparticles
發表在《
C
hemistry of Materials
》上。
【主圖導讀】
圖
1.
（a）結構化的TW處理的示意圖：脫木質的木材中浸入了金屬鹽（銀或金），這些金屬鹽通過微波輔助合成原位還原成等離子體納米顆粒。然后將含納米顆粒的基材浸入單體中，并固化成具有結構顏色的TW復合材料。（b）輕木，脫木素的基材，銀的基材，金的基材，（c）Ag-TW和（d）Au-TW的照片。
圖
2. Ag-TW和Au-TW的光學特性：
（a）總透射率和（b）偏振分裂比。（c）Ag-TW和Au-TW的照片，下面有可見的文字。（d）垂直和平行取向的偏振透射率測量的樣品設置。
圖
3.
展開 Ansys航發及燃機行業解決方案
GE9X上有七大部件（燃油噴嘴、T25傳感器外殼、熱交換器 、粒子分離器、5級低壓渦輪（LPT）葉片、6級渦輪（LPT）葉片 、燃燒室混合器）、304個零件采用了3D打印，并經多種材料
和打印工藝投入使用。
‐ 然而，增材制造新材料的成本相對高，需要想辦法降低材料成本。
‐ 基于分層制造的增材制造技術，大部件打印時間長，需要改進優化增材制造的方法，或者與傳統鑄造技術等方式結合，提高零件制造的速度，降低成本
Ansys解決方案
‐ Ansys Additive Suite
客戶價值
‐ Ansys Additive Suite增材制造工藝仿真套件提供了從面向增材制造設計到打印工藝的完整解決方案。其中，可以提供金屬增材工藝仿真，預測部件形狀、變形和應力，自動生成最佳支撐結構和變形補償STL文件，避免打印失敗；可以通過仿真深入了解工藝機理，進行材料性能、微觀結構、設備優化設計等更深入的研究，幫助用戶研發新材料工藝。
整機仿真及流程管理
Fluent整機仿真
背景
整機仿真技術是評估發動機整機性能的重要手段；
航發/燃機整機仿真方法有1維、準3維和3維：
‐ 1維仿真模型完全依靠經驗關系式，無法反映任何真實流動細節，精度較低；
‐ 準3維仿真能夠詳細模擬整機子午面的流動情況，在設計中應用廣泛，但仍無法反映三維流動細節；
目前航發/燃機各部件均已建立全三維設計體系，但由于缺乏適合的工具和方法，發動機整機三維數值模擬還未展開，無法反應各三維部件在整機情況。
展開 靜電除塵器的使用和原理
靜電除塵器的使用和原理
利用靜電力(庫侖力)實現粒子與氣流分離的除塵器。有板式和管式、水平流式和垂直流式、干式和濕式之分。工作時，有懸浮顆粒荷電、荷電顆粒在電場中捕集、將捕集在集塵板上的顆粒清除等三個主要步驟。其特點是氣流阻力小，能處理高溫氣體，除塵效率可達99～99.9%，不受塵粒所含水分的影響，適于處理含塵濃度低、塵粒粒徑為0.05-50μm的氣體，但投資和維修費用較高，占地面積較大多粒子的電學性質對除塵效率有影響。主要用于處理煙氣量大的場合。
濕式靜電除塵器，用噴水或溢流水等方式使集塵極表面形成一層水膜，實現極板清灰的靜電除塵器。濕式清灰可以避免沉集粉塵的再飛揚，達到很高的除塵效率。因無振打裝置，運行較穩定，但存在著腐蝕、污泥和污水的處理問題。應用不如干式靜電除塵器廣泛
濕式靜電除塵器擁有捕集煙氣中霧滴、粉塵和微小塵粒的強大功能，尤其是對微細/黏性/高比電阻粉塵、氣溶膠、細小的金屬顆粒等有理想的捕集效果。在國內的化工、冶煉、建材等行業有著多年成功應用的業績，在國外的燃煤電廠中也有近30年的應用歷史。
SO?的去除率（脫硫后煙氣）95%以上。
微細粉塵去除率（脫硫后煙氣）95%以上，對PM2.5具有98.2%脫硫率，液滴去除率（機械除霧后煙氣）大于95%。
汞等重金屬去除率70~90%。
出口煙羽林格曼黑度小于1級。
氨剩余＜10mg/Nm3
SO?和水霧的大量去除，可以有效降低煙囪的防腐等級。
可以滿足更高的環保要求，出口粉塵含量＜10mg/Nm3。
減少水耗、降低運行費用。
基本上解決了濕法脫硫帶來的問題。
1.現在濕式電除塵已廣泛應用于燃煤鍋爐的尾部、窯爐未級二次除塵中，并取得了理想的效果。
展開 錐形微通道內液滴的自運輸仿真 ￥500
通過設計合適的錐形微通道結構，可以實現流體混合、分離、粒子分選和藥物輸送等應用。此外，錐形微通道還能夠提供更快速的反應速度、更高的靈敏度和更小的樣品消耗。
本案例建立的錐形微通道模型如圖1所示。為更好地量化分析錐形微通道流體自運輸機制，將微通道內的流體簡化為液滴，在仿真模型中將液滴的初始位置設為微通道中間，為實現液滴固-液邊界張力驅動，將微通道內壁設為濕潤邊界，且液滴與微通道內壁相切，微通道兩端與大氣連通，無外加荷載，數值仿真結果如圖2所示。
圖1 幾何模型
感興趣的朋友，歡迎交流模型！
一期一會 | 什么是層流？
擴散
在湍流中，交叉流渦流主導了各流體層之間的混合，而層流與湍流不同，其流線型流動模式使每層流動層的粒子彼此分離，混合只能通過相鄰層之間的擴散來進行。擴散，是物質從高濃度向低濃度的移動。因此，在層流中，粒子會從特定物質濃度較高的層移動到濃度較低的相鄰層。
表面粗糙度
表面粗糙度是工程師在設計時可以控制的參數，以保持或破壞層流。表面越粗糙，邊界層的摩擦阻力就越大，如果剪切應力增長到足以克服粘性力，流動就將從層流過渡到湍流。渦輪發動機壓縮機葉片的設計就是一個良好例證，其中金屬表面的粗糙度會極大地影響湍流邊界層的形成，從而影響葉片的性能。
速度剖面
由于層流并非雜亂無章，因此可以清晰地描繪出速度在整個流動方向上的變化情況，這被稱為速度剖面。速度剖面是一種簡單的方法，可查看高流速區域和低流速區域的位置，以及了解當幾何結構或入口發生變化時，速度會受到怎樣的影響。
如何對層流進行分析？
由于在層流中流體以平行層的形式流動，因此可以使用流體力學的控制方程——納維-斯托克斯方程來計算層流狀態下的流體行為。這些方程定義了質量、動量和能量守恒，以描述流體的壓力和速度。圓柱形管道內或兩塊平板之間的簡單流動，可以使用解析解（封閉形式解）來表征。但是，對于形狀更復雜的管道內部和周圍的流動，則需要使用計算流體力學（CFD）來離散化流動體積，然后求解隨時間變化的壓力、速度和溫度。
由于層流會沿著邊界表面的形狀流動，因此層流建模成功的關鍵之一是創建與該表面平行的網格，即離散化步驟，以便最好地捕獲邊界層。工程師通常使用像Ansys TurboGrid?渦輪葉片網格劃分軟件這樣的工具，為已知拓撲自動創建高效、準確的邊界層網格。
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好選擇威博振動器
如充填機、涂裝機、漏計器、送料器、輸送帶、脫水分離、粒子懸浮等。
適用于零件或結構件的疲勞試驗；料門的抖動、壓實；線性和碗式加料器，篩子和濾網；振動臺及拌和設備自動落料及防止粘附。
聯系人：丘小姐
電話：13660334588 、020-31029693
Q Q:：972432188
MSN：wayboss@hotmail.com
主頁：http://www.kingear.com
郵箱：kingear@126.com
地址：廣東省廣州市白云區金沙洲橫沙平樂街15巷1號首層
航空發動機用粉末高溫合金及制備技術研究進展
2.1.3 粒子分散與分離模擬充分破碎的合金液滴在霧化爐內受到氣流曳力、慣性力、重力等合力的影響，以一定的速度矢量分散運動，并與介質氣流發生強烈的熱交換，快速凝固成粉末顆粒。本課題組利用非定常離散粒子模型(unsteady discrete particle model)對150 萬顆Rosin-Rammler 分布的粉末顆粒進行軌跡追蹤。結果顯示，不同粒徑的粉末顆粒在不同水平截面分布不同，較粗顆粒主要集中在霧化錐外側，而較細的顆粒則主要分布在霧化錐內部，霧化錐分散角度和實際拍攝的金屬霧化錐角度基本吻合(圖6)。
圖4 單相氣流場局部速度云圖和軸線速度曲線
Fig.4 Gas-only flow field velocity magnitude profile and curve in axis
圖5 液滴破碎過程模擬
Fig.5 Simulation of liquid disintegration process
(a)primary disintegration(b)secondary disintegration
2.2 Ar氣霧化制粉過程粒度控制
Ar 氣霧化制粉的優勢在于可以制備比較細小的球形高溫合金粉末，通過篩分去除較大的夾雜顆粒，從而降低夾雜的有害影響。因此，制粉過程中的粒度控制尤為重要。高溫合金粉末粒度不僅影響粉末收得率，同時也會影響粉末的質量。所制備的粉末越細，粉末收得率越高，則粉末渦輪盤件的制造成本越低。粉末的粒度受到霧化噴嘴結構、霧化氣體壓力等多因素的影響。
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